NUKLEOVÉ KYSELINY Základ života

HISTORIE 1. H. Braconnot (30. léta 19. století) - Strassburg – vinné kvasinky – izolace „matiére animale“. 2. J.F. Meischer - experimenty z hnisem – štěpení trypsinem – odstředěním získává protein – NUKLEIN 3. Altman – pokračoval v experimentech svého předchůdce ( živočišné tkáně – thymus a kvasinky) – nazývá izolovanou látku – kyselina nukleová 4. Leven (1909) – izoloval z NK kyselinu fosforečnou , cukr a báze – pojmenoval další typ NK – RNA 5. Watson, Crick, Wilkins, Perutz (1953) – model sekundární struktury DNA – Nobelova cena 1962 - objev struktury HMG a MGL

LIDSKÝ GENOM - nukleotidová sekvence lidského genomu – přečteno r. 1999 - genomika – vědní obor - lidský chromosom č. 22 – druhý nejmenší lidský chromozom - složen z 34,4 miliónů nukleotidů, ty tvoří 545 genů - nejméně 35 dědičných chorob je spojeno s poruchou genů lokalizovaných na chromosomu č. 22 - 97% lidské DNA nenese žádnou smysluplnou zprávu!! - přibližně 3% lidské DNA a DNA mnoha dalších vyšších organismů kóduje vznik funkčních molekul, zejména proteinů

CHROMOSOM Č.22

NUKLEOVÉ KYSELINY - NK stojí v hierarchii látek potřebných k existenci života – NEJVÝŠE - určují genetické vlastnosti, ovlivňují organizaci živé hmoty a ovlivňují reprodukci - představují látku, která nese informaci pro průběh všech životních procesů - v organismu se NK vyskytují ve formě komplexů s proteiny – NUKLEOPROTEINY - NK vznikají dehydratační kondenzací mononukleotidů za účinku polymeráz

C) kyselina fosforečná SLOŽENÍ NK 3 základní složky: A) dusíkaté báze B) cukr (pentosy) C) kyselina fosforečná

Nukleozid, nukleotid Báze + pentóza = NUKLEOZID – tvoří postranní výběžky molekuly Nukleozid + fosfát = NUKLEOTID NK – složena z polynukleotidových řetězců Specifita NK – dána pořadím bází

STRUKTURA DNA - pravotočivá dvoušroubovice – tvořena dvěma polynukleotidovými řetězci - sterické a vazebné vlastnosti určuje tzv. KOMPLEMENTARITA BÁZÍ (pořadí bází) A + T G + C T + A C + G - prostorové uspořádání je takové, že umožňuje po vhodné orientaci molekul vznik VODÍKOVÝCH VAZEB následovně: A + T – DVĚ vodíkové vazby G + C – TŘI vodíkové vazby - vazby mezi C+G jsou tedy přirozeně pevnější, takže molekuly jsou odolnější vůči účinku denaturačních činidel včetně zvýšení teploty

STRUKTURA DNA konformace molekul DNA se mění podle okamžitého funkčního využití DNA – nositelem základní genetické informace buňky - pořadí bází v její molekule je kódována primární strukturou bílkovin

VAZBY V DNA Polynukleotidový řetězec drží díky: 1. van der Waalsovy vazby mezi sousedními zásadami 2. vazba vodíkovými můstky 3. existence rýh (žlábků) – malá a velká rýha – jsou tvořeny atomy dusíkatých zásad – v rýhách se pohybují specifické enzymy a regulační proteiny

VAZBY V DNA 4. schopnost tvořit levotočivé a pravotočivé úseky -mimořádný biologický význam. V buněčných jádrech – mnoho proteinů, které stabilizují levotočivou formu Dvojvláknitá struktura DNA – ve všech živých organismech na Zemi (výjimku tvoří pouze fágy – jedno vlákno DNA).

STRUKTURA MOLEKUL DNA 1. Dva pravotočivé řetěze – jejich průběh je ANTIPARALELNÍ – ( jeden konec řetězce – 5´ 3´, druhý konec 3´ 5´, 3´-OH konec, 5´- P konec). 2. Do nitra šroubovice (helixu) jsou orientovány purinové a pyrimidinové báze. 3. Jedna otáčka vzniká po vazbě 10 nukleotidů. 4. Pořadí bází v řetězcích DNA není nijak omezeno a tvoří GENETICKOU INFORMACI daného species.

ZMĚNY STRUKTURY DNA – VZNIK MUTACÍ - mezi vodíkové vazby mohou v některých případech pronikat PLANÁRNÍ MOLEKULY - ty potom interferují s komplementárními bázemi a mohou vytvářet MUTACE - při tomto typu vznikají páry : PURIN – PURIN nebo PYRIMIDIN – PYRIMIDIN, místo PURIN - PYRIMIDIN

ROZMNOŽOVÁNÍ DNA - REPLIKACE účinkem enzymu GYRÁZY ( DNA DEPENDENTNÍ POLYMERÁZA) se přeruší vodíkové vazby mezi protilehlými bázemi a polynukleotidové řetězce se začnou odvíjet Každý z řetězců se stává MATRICÍ pro vznik komplementárního řetězce Vznikají tak dvě nové molekuly DNA, v nichž je přesně zdvojen nejen počet bází, ale je zachováno i jejich přesné pořadí Nově vzniklé řetězce jsou spojovány na principu antiparalelity pomocí enzymu LIGÁZY

REPLIKACE DNA - původní úsek DNA sloužící pro syntézu nového vlákna - TEMPLÁT - replikace je zahájena na jakémkoliv místě v řetězci - rozvíjením vláken vzniká tzv. REPLIKAČNÍ VIDLICE - rozvíjení vláken musí rychle pokračovat vpřed - opětovnému svinutí vláken brání DB – proteiny, které se přednostně vážou na 5´-OH konec vlákna a pokrývají ho v souvislé vrstvě

RNA

ZÁKLADNÍ POJMY GENETIKY GEN – určitý úsek DNA GENOM – soubor všech genů – genomika ALELA – různá forma téhož genu DOMINANTNÍ ALELA RECESIVNÍ ALELA CHROMOZOMY – pentlicovité útvary v jádře buňky – tvořeny komplexem DNA, proteinů a histonů = CHROMATIN - počet chromozomů je charakteristický pro každý živočišný druh

ZÁKLADNÍ DOGMA MOLEKULÁRNÍ BIOLOGIE 1. 2. 3. DNA DNA RNA PROTEINY Katalýza metabolických procesů 1. REPLIKACE 2. TRANSKRIPCE 3. TRANSLACE

GENETICKÝ KÓD